原子物理课件第二章_课件

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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
到了十九世纪末期，物理学晴朗的天空出 现了几朵令人不安的“乌云”，在物理学中 出现了一系列令人费解的实验现象。物理学 遇到了严重的困难，其中两朵最黑的云分别 是：
黑体辐射 光电效应 光谱
麦克尔逊--莫雷实验 和 黑体辐射实验
前者导致了相对论的诞生后，后者导致了量 子论的诞生。
Automic Physics 原子物理学
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节 背景知识 第二节 玻尔模型 第三节 光 谱 第四节 夫兰克--赫兹实验 第五节 玻尔理论的推广
结束
第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
卢瑟福模型把原子看成由带正电的原子核 和围绕核运动的一些电子组成，这个模型成 功地解释了α粒子散射实验中粒子的大角度 散射现象
黑体辐射 光电效应 光谱
第二天鲁本斯就把这一喜讯告诉了普朗克, 从而使普朗克决心：“不惜一切代价，找到 一个理论解释。”
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
经过近二个月的努力，普朗克在同年12月14 日的一次德国物理学会议上提出：
电子辐射能量的假设:E=nhv（n=1,2,3,……)?
物体的宏观机械运动，准确地遵从牛顿力 学规律；电磁现象被总结为麦克斯韦方程； 热现象有完整的热力学及统计物理学；……；
黑体辐射 光电效应 光谱
物理学的上空可谓晴空万里，在这种情况 下，有许多人认为物理学的基本规律已完全 被揭示，剩下的工作只是把已有的规律应用 到各种具体的问题上，进行一些计算而已。
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
例如,用光强为1 / m2 的光照到钠金属表
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
1900年瑞利-琼斯仍在经典物理的基础上建 立了另一个理论导出了另一个公式:
e CT4
它在长波部分和实验结果符合的较好,但在 短波部分给出了太大的数值.就这样经典物理 遭遇到难以克服的困难.
黑体辐射 光电效应 光谱
为了正确而全面地说明实验结果,找到自然 规律,必须寻求新的理论.
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
1902年，法国物理学家林纳（Lenaral）发现， 黑体辐射
光电效应的实验规律不能用已有的波动说理 论加以解释,经典物理认为光是一种波动,其
光电效应
能量连续分布在波前上；
光谱
当光照射在电子上时,电子得到并不断积聚能 量,当电子积聚的能量达到一定程度时，它就 能脱离原子核的束缚而逸出，但能量的积聚 是需要时间的。
1．对一定金属有一个临界频率v0 ,当ν<ν0
时,无论光强多大,无电子产生；
黑体辐射 光电效应 光谱
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
2．当ν>ν0 时，无论光多弱，立即有光电子
产生；
3．光电子能量只与照射光的频率有关。光强 只影响光电子的数目。
黑体辐射 光电效应 光谱
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
黑体辐射的经典解
释1896年,维恩以经
典物理为基础,认为
能量的吸收和发射
都是连续的,导出了
一个公式:
e C1
e 5
c2 T
黑体辐射 光电效应 光谱
这个公式在短波部分与实验结果符合的很好, 但是长波部分理论的值偏低.
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
早在1887年,德国物理学家赫兹第一个观察 到用紫光照射的尖端放电特别容易发生，这实 际上是光电效应导致的.由于当时还没有电子 的概念,所以对其机制不是很清楚.
直到1897年汤姆逊发现了电子.人们才注意 到一定频率的光照射在金属表面上时,有大量 电子从表面逸出，人们称之为光电效应。光 电效应呈现出以下特点：
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
黑体辐射量子解释1900年10月19日，德过物 理学家普朗克（Planck）在一次物理学会议上 公布了一个公式:
E(v,T )
8hv 2
c2
1
hv
ec2 1
上式中的 h 就是著名的普朗克常量，其曲
线与实验值完全吻合，而这一公式是普朗克根
不过当玻尔理论应用于复杂一些的原子 时，就与实验事实产生了较大的出入。这说 明玻尔理论还很粗略，直到1925年量子力学 建立以后，人们才建立了较为完善的原子结 构理论。
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
十九世纪中期，物理学理论在当时看来已 经发展到了相当完善的阶段，那时，一般的 物理现象都可以用相应的理论加以解释。
据实验数据猜出来的。由此公式当v->0和v-
>∞时分别都可得到与瑞利--金斯和维恩公式
相同的形式。
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黑体辐射 光电效应 光谱
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
此公式虽然符合实验事实但其在公布时仍 没有理论根据,就在普朗克公式公布当天，另 一位物理学家鲁本斯将普朗克的结果与他的 最新测量数据进行核对，发现两者以惊人的 精确性相符合。
黑体辐射 光电效应 光谱
可是当我们准备进入原子内部作进一步的考 察时，却发现已经建立的物理规律无法解释 原子的稳定性，同一性和再生性。
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
玻尔（N.Bohr）基于卢瑟福原子模型， 原子光谱的实验规律以及普朗克的量子化概 念，于1913年提出了新的原子模型并成功地 建立了氢原子理论，解释了氢光谱的产生， 玻尔理论还可以准确地推出巴尔末公式，并 能算出里德伯常数的理论值。
黑体辐射 光电效应 光谱
这一概念严重偏离了经典物理；因此，这一假 设提出后的5年时间内，没有引起人的注意， 并且在这以后的十多年时间里，普朗克很后悔 当时的提法，在很多场合他还极力的掩饰这种 不连续性是“假设量子论”。
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第二章：原子的量子态：玻尔模型
第一节：背景知识
黑体辐射 光电效应 光谱